JP2000102873A - Ｔｉｇ溶接におけるタングステン電極の自動交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 TIG溶接において、低コストで確実かつ正確
な電極の交換作業を自動化する装置を提供する。 【解決手段】 挿通した電極１を自動的に保持又は解除
するトーチ２を取り付けたロボットアーム８からなる溶
接装置に対して、電極引抜手段３、電極挿入手段４及び
電極突出長さ調整手段５を設け、電極引抜手段３は電極
１の回収チャック11を、電極挿入手段４は新しい電極の
スタンド10を、そして電極突出長さ調整手段５は電極１
先端を当接させる基準面12をそれぞれ有してなり、各手
段には所定位置での電極の有無を検知する非接触センサ
13,20,21を配してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、TIG溶接における
タングステン電極の自動交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】TIG溶接では、経時的にタングステン電
極(以下、電極と略する)が劣化するため、長時間にわた
る溶接作業中に複数回の交換作業が必要となる。交換作
業そのものは複雑なものではなく、ネジ式のチャックを
緩めてトーチから劣化した電極を引き抜いて別途用意し
た新しい電極をトーチに差し込み、再度チャックを締め
直すだけである。従来は、前記電極の交換作業を作業者
の手作業に依っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電極の交換に際して注
意しなければならないことは、トーチからの電極の突出
長さである。トーチからの電極の突出長さは、TIG溶接
におけるアーク放電の良否を左右することから、できる
だけ正確に設定する必要がある。従来は、電極の交換頻
度がそれほど繁雑ではなかったため、手作業による前記
突出長さの実現も問題はないとされていたが、溶接装置
自体の自動化が進むにつれて、次第に交換作業の迅速化
が求められるようになってきた。

【０００４】電極の交換作業を自動化するにあたり、次
の諸点が問題となる。第１は、電極の細さである。電極
は非常に長尺ながら細いために、電極とトーチとが正し
い位置関係にないと、トーチに対して電極を差し込むこ
とは難しい。従来の交換作業は人に依っていたので、こ
うした問題は生じないが、自動化するにあたっては、こ
の位置合せをどう実現するかがコストの問題として跳ね
返ってくる。

【０００５】第２に、従来のトーチの構造が問題とな
る。従来一般的なトーチは、トーチ本体に内装したコレ
ットと呼ぶチャックにコレットボディーを螺着した構造
を有する。電極は、コレットに内装した後、コレットボ
ディを回して締め付け、保持するのである。こうしたチ
ャックの構造は、手作業では問題はないものの、自動化
は図りにくい構造だといえる。

【０００６】このほか、作業者に代わって、劣化した要
交換の電極を確実にトーチから引き抜き、逆に新しい電
極を確実にトーチへ差し込むなど、電極の抜き差しを機
械的に正しく認識しなければならない。これは、トーチ
における電極の有無の認識であるが、突出長さの設定の
関係から、特に新しく装着した電極に対しては接触式に
よる認識は好ましくない。以上を踏まえて、低コストで
確実かつ正確な電極の交換作業を自動化する装置の開発
を試みることとした。

【０００７】

【課題を解決するための手段】検討の結果、開発したも
のが、挿通した電極を自動的に保持又は解除するトーチ
を取り付けたロボットアームからなる溶接装置に対し
て、電極引抜手段、電極挿入手段及び電極突出長さ調整
手段を設け、電極引抜手段は電極の回収チャックを、電
極挿入手段は新しい電極のスタンドを、そして電極突出
長さ調整手段は電極先端を当接させる基準面をそれぞれ
有してなり、各手段には所定位置での電極の有無を検知
する非接触センサを配したTIG溶接における電極の自動
交換装置である。各手段は個別に設けてもよいし、兼用
してもよい。

【０００８】本発明の自動交換装置では、次のようなト
ーチを用いる。すなわち、挿通した電極を自動的に保持
又は解除するトーチは、トーチ本体、先割れしたチャッ
ク部を有するコレット、このコレットを前後進させる駆
動部、そして先細りしたコレット挿通孔を有するコレッ
トボディからなり、トーチ本体に位置固定したコレット
ボディに対してコレットが駆動部により前後進すること
でチャック部がコレット挿通孔に摺接して開閉し、この
コレットに挿通した電極をチャック部によって保持又は
解除する。これにより、チャックの開閉を自動化しやす
くなり、自動交換装置の実現を可能にする。

【０００９】本発明は、上述のように自動化に適したチ
ャックを有するトーチを溶接装置に用い、この溶接装置
に設けた電極引抜手段、電極挿入手段、そして電極突出
長さ調整手段において各工程を順に実施することで、電
極の自動交換を実現する。電極引抜手段では、引き抜い
た電極を回収し、研磨装置へ送って電極を再生すること
もできる。電極挿入手段では、スタンドに対して手作業
により新たな電極を起立させてもよいが、例えば電極を
再生した電極を回送してきて、自動的に所定位置に立設
する構造にすると、より一層の自動化が図れる。電極突
出長さ調整手段は、チャックを緩めることでトーチに保
持した電極を基準面に対して当接させ、基準面に対して
トーチを接近離反させることで、結果としてトーチから
の電極の突出長さを調整する。

【００１０】個別に各手段を設けた場合、離隔した各手
段間に、トーチが電極を保持しているか否かを検知する
非接触センサを配するとよい。これにより、前工程の手
段から後工程の手段へと移動する間に電極がトーチから
抜け落ちた等の不具合を予め検知できるようになり、各
手段における作業ミスを防止できるようになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図を参照しながら説明する。図１は古い電極１をト
ーチ２から引き抜く段階での電極引抜手段３、電極挿入
手段４、電極突出長さ調整手段５の配置を表した平面
図、図２は電極引抜手段３の側面図、図３は本発明を適
用したトーチ２の一例を示す断面図、図４は新しい電極
６をトーチ２へと挿入する段階での前記各手段３,４,５
の配置を表した平面図、図５は電極挿入手段４の側面
図、図６はトーチ２に挿入した電極６の突出長さを調整
する段階での各手段３,４,５の配置を表した平面図であ
り、そして図７はトーチ２から長く引き出した電極６の
突出長さを調整している状態を表した電極突出長さ調整
手段５の側面図である。省略している図もあるが、トー
チ２には溶材供給部７を付設している。

【００１２】本発明は、TIG溶接装置のロボットアーム
８に対し、図１に見られるように、電極引抜手段３、電
極挿入手段４及び電極突出長さ調整手段５を設けるもの
で、本例では平面視略正方形の各角に対応する位置に各
手段３,４,５を配している。この各手段３,４,５は、正
確な電極の交換を可能にするトーチ２の位置決めにも役
立つ。電極交換に際して、ロボットアーム８は電極引抜
手段３、電極挿入手段４、そして電極突出長さ調整手段
５を順次巡回し、古い電極１を抜き取り、自動的に新し
い電極をトーチ６(図３参照)に差し込んで、更に適切な
突出長さに調整して、溶接作業を続行する。本例では、
回収した古い電極１は回収箱９に溜め、一定数量貯まっ
た時点でそれぞれを研磨、再生し、次回の使用に供して
いる。また、電極挿入手段４では、コストとの兼ね合い
からスタンド10に作業員が新しい電極を起立させている
が、新しい電極６の供給、起立までも自動化してもよ
い。

【００１３】電極引抜手段３では、確実を期すために、
図２に見られるように、一度トーチ２から長めに引き出
した古い電極１を回収チャック11で挟み、電極１(図１
参照)を回収チャック11で挟持したままトーチ２(図１参
照)を上昇させることで、抜き取るようにしている。ト
ーチ２から電極１を長く引き出す際には、電極突出長さ
調整手段５の基準面12(図１参照)を利用し、電極１先端
を基準面12に当接した状態でトーチ２が電極１を解放
し、相対的にトーチ２を引き上げて電極１を引き出して
いる。

【００１４】回収チャック11に対しては、電極の有無を
検知する非接触センサ13(光学センサ又は近接センサ)を
配している。この非接触センサ13は、抜き取りに際して
電極１が回収チャック11で挟持するまで突出しているか
を判断して、回収チャック11を作動させ、電極１の挟持
がトーチ２から回収チャック11へ移り、回収チャック11
が開いて電極１を回収箱９へ落下させた後は、トーチ２
及び回収チャック11に電極１がないことを確認する働き
を有している。また、非接触センサ11が、電極１の有無
の検知を通じて、トーチ２の位置合せを実現している。

【００１５】トーチ２の構造について説明する。本発明
では、電極の自動交換を実現するため、図３に見られる
ように、トーチ本体14(実質はコレットボディ15)に対し
て前後進することにより、前進すればチャック部16を締
め、後進すればチャック部16を解放するコレット17を採
用している。本例のコレット17は、前後進の駆動部を分
けている。すなわち、コレット17は常時スプリング18に
より前方に向けて付勢してあり、必要に応じてシリンダ
19を駆動することで後進する。これは、通常電極を挟持
することの多いトーチ２の構造を簡素及び軽量化し、万
が一シリンダ19が故障した場合に必ずコレット17が前進
してチャック部16を締めて電極１を落下させないように
する。チャック部16は先割れしており、通常は電極１を
挿通するほどの内径を有している。コレット17が前進す
ると、チャック部16の先割れした部位が互いに接近しな
がら先細りしたコレットボディ15に嵌まり込み、チャッ
ク部16の内径は電極１の内径以下に収縮し、電極１を挟
持するのである。

【００１６】こうして古い電極を抜き去ったトーチ２
は、図４に見られるように、次の電極挿入手段４へ向か
う。本例の電極挿入手段４では、作業者により新しい電
極６を供給し、起立状態で保持するスタンド10を配して
いる。例えば、回収した古い電極を研磨、再生し、改め
て新しい電極として使用するに際し、この再生した電極
を自動給送して起立状態に保持する自動装置も可能であ
るが、使用頻度を考慮しての費用対効果を鑑みれば、本
例のように、単純に作業者が電極６を突き立てるような
スタンド10のみで十分である。スタンド10は、電極６を
起立状態で保持すると共に、トーチ２を導く目標ともな
る。

【００１７】トーチ２は、図５に見られるように、コレ
ット17(図３参照)を解放して電極６に向けて降ろし、電
極６を挟持して引き上げる。この段階での電極６の突出
長さは任意でよい。スタンド10側方には、電極６の有無
を検知する非接触センサ20を配し、トーチ２を降ろす前
に電極６が起立状態で保持されているかを判別し、トー
チ２が電極６を上昇した後は電極６が正しく引き上げら
れたかを判別する。

【００１８】電極挿入手段４を経たトーチ２は、図６及
び図７に見られるように、最後に電極突出長さ調整手段
５へ向かう。電極突出長さ調整手段５は、電極６先端を
基準面12に当接させた状態で、相対的なトーチ２の昇降
によって電極６の突出長さを調整する。まず、図７に見
られるように、非接触センサ21がトーチ２から新しい電
極６が長く突出しているのを確認する。本例における電
極突出長さ調整手段５は、トーチ２から長く突出した電
極６を押し込むことにより突出長さを調整するようにし
ているので、初めに突出長さが長くなければならない。

【００１９】非接触センサ21で突出長さを確認できれ
ば、次に電極６先端が基準面12に当接しない高さでトー
チ２を移動し、一度電極６を解放し、電極６先端を基準
面12に当接させてからトーチ２を降下させていく。電極
６先端は、基準面12で支持されているので、トーチ２の
降下を基準面12から一定の高さに定めておけば、これは
トーチ２からの電極６の突出長さとなる。所定長の突出
長さを実現した後、再度電極６を挟持し直せば、作業は
完了する。本例では、トーチ２先端(磁製ノズル端)から
電極６が５mm突出するようにしている。

【００２０】本例では、各手段の配置間距離が比較的短
い場合であるが、他の装置の配置によって各手段が離隔
した場合、円滑な自動化を確保する意味において、各手
段間を移動するトーチが電極を挟持しているか否かを検
知する非接触センサを、トーチの移動経路上に配するこ
とが好ましい。これにより、何らかの事情で電極がトー
チから抜け落ちたり、既に回収したはずの電極がトーチ
に残っていた場合を、素早く察知することができ、自動
交換装置全体のフェールセーフを確立することができ
る。

【００２１】

【発明の効果】本発明により、TIG溶接における電極交
換の実現をみた。電極の交換頻度はさほど繁雑なもので
はないが、交換の度に溶接作業が停止することは、溶接
作業を含めた全作業が停止することを意味し、好ましく
なかった。本発明の自動化によって、電極の交換作業に
要する時間が数分単位から数十秒単位へと短縮され、ま
た、交換作業に関わっていた作業者の労力を大きく低減
して、総じて効率的かつ迅速な作業を実現するのであ
る。

【００２２】自動化に際して問題であったものがトーチ
からの電極の突出長さであったが、これについては、新
たなチャック構造を有するトーチにより解決できた。調
整の手順も難しいものではなく容易であり、迅速かつ正
確な突出長さの決定ができるため、自動交換装置として
のコスト増は抑制され、新たに自動交換装置の導入を図
っても費用対効果を高くすることができる。この点は、
現実の設備投資において重要な意味を持つ。このよう
に、本発明は、TIG溶接における電極交換に対して、作
業の効率化、労力及びコスト低減という効果をもたらす
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】古い電極をトーチから引き抜く段階での各手段
の配置を表した平面図である。

【図２】電極引抜手段の側面図である。

【図３】本発明を適用したトーチの一例を示す断面図で
ある。

【図４】新しい電極をトーチへと挿入する段階での前記
各手段の配置を表した平面図である。

【図５】電極挿入手段の側面図である。

【図６】トーチに挿入した電極の突出長さを調整する段
階での各手段の配置を表した平面図である。

【図７】トーチから長く引き出した電極の突出長さを調
整している状態を表した電極突出長さ調整手段の側面図
である。

【符号の説明】

１ 古い電極 ２ トーチ ３ 電極引抜手段 ４ 電極挿入手段 ５ 電極突出長さ調整手段 ６ 新しい電極 ９ 回収箱 10 スタンド 11 回収チャック 12 基準面 13 非接触センサ 15 コレットボディ 16 チャック部 17 コレット 18 スプリング 19 シリンダ 20 非接触センサ 21 非接触センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 挿通したタングステン電極を自動的に保
   持又は解除するトーチを取り付けたロボットアームから
   なる溶接装置に対して、タングステン電極引抜手段、タ
   ングステン電極挿入手段及びタングステン電極突出長さ
   調整手段を設け、タングステン電極引抜手段はタングス
   テン電極の回収チャックを、タングステン電極挿入手段
   は新しいタングステン電極のスタンドを、そしてタング
   ステン電極突出長さ調整手段はタングステン電極先端を
   当接させる基準面をそれぞれ有してなり、各手段には所
   定位置でのタングステン電極の有無を検知する非接触セ
   ンサを配したことを特徴とするTIG溶接におけるタング
   ステン電極の自動交換装置。
2. 【請求項２】 挿通したタングステン電極を自動的に保
   持又は解除するトーチは、トーチ本体、先割れしたチャ
   ック部を有するコレット、該コレットを前後進させる駆
   動部、そして先細りしたコレット挿通孔を有するコレッ
   トボディからなり、トーチ本体に位置固定したコレット
   ボディに対してコレットが駆動部により前後進すること
   でチャック部がコレット挿通孔に摺接して開閉し、該コ
   レットに挿通したタングステン電極をチャック部によっ
   て保持又は解除することを特徴とする請求項１記載のTI
   G溶接におけるタングステン電極の自動交換装置。
3. 【請求項３】 離隔した各手段間に、トーチがタングス
   テン電極を保持しているか否かを検知する非接触センサ
   を配したことを特徴とする請求項１記載のTIG溶接にお
   けるタングステン電極の自動交換装置。